به‌تازگی گروهی از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه صنعتی نانیانگ (NTU) روش جدیدی مبتنی بر رسوب لیزر پالسی (PLD) برای ساختار حافظه‌ای از نانوبلورهای داخل‌شده در دی‌الکتریک، ابداع کرده‌اند. این گروه تاکنون موفق شده‌است دی‌الکتریک‌های با ثابت دی‌الکتریک بالا که دارای ژرمانیوم (Ge)، اکسیدهای سیلیکون (SiO2) ، تیتانات اکسترانتیوم (SrTiO3) و LaAlO3 هستند، را تولید کند. دی‌الکتریک‌های مورد استفاده، اکسیدهای لانتانید هستند.
ساخت نانوبلورهای مورد استفاده در حافظه‌های غیر فرار
|
حافظه‌های غیر فرار کاربرد وسیعی در ابزارهای قابل حمل مانند گوشی تلفن همراه، PDA و غیره دارد. این ابزارها به کمک حافظه‌های غیر فرار به مصرف برق کمتر و چگالی بالاتر، دست یافته‌اند. در مقایسه با حافظه‌های گیت شناور معمولی (floating gate)، ساختارهای حافظه‌ای که در دی‌الکتریک‌های خود، نانوبلور داشته باشند، ولتاژ کاری پایین‌تر، پایداری بیشتر، سرعت خواندن و نوشتن بالاتر و خطاهای ملموس (soft Error) کمتری دارند. عملکرد حافظه این ابزارها در اثر تبادل بار بین نانوبلور‌ها و لایه وارون (inversion) به وجود می‌آید. علاوه بر این، استفاده از دی‌الکتریک‌های با ثابت بالا به جای SiO2 معمولی، بازده حافظه‌های فلش و قابلیت نگه‌داری اطلاعات آنها را بهبود چشمگیری می‌بخشد. اکسیدهای لانتانید که در این کار تحقیقاتی به عنوان دی‌الکتریک استفاده شده‌اند، به‌دلیل خواص مطلوبی مانند باند گپ (band gap) بزرگ، بزرگی نسبی ثابت دی‌الکتریک و جریان تراوشی پایین، گزینه‌ای مناسب برای استفاده به عنوان عایق گیت است. در این روش بیشتر از لوتتیا (Lu2O3) استفاده شده‌است، زیرا این ماده علاوه بر ثابت دی‌الکتریک نسبتاً بالا (حدود ۱۲) ، از لحاظ ترمودینامیکی روی سیلیکون پایدار بوده و با سیلیکون، از افست باند هدایت (conduction-band offset) خوبی برخوردار است. در میان اکسیدهای لانتانید، لوتتیا بیشترین انرژی شبکه و بزرگ‌ترین شکاف باند را داراست؛ بنابراین به نظر می‌رسد که این ماده بهترین مصونیت هیگروسکوپیکی (hygroscopic) و کمترین جریان تراوشی را در بین فیلم‌های نازک اکسیدهای لانتانید داشته باشد. در روش PLD ابتدا هدف درون یک محفظه خلأ بسیار بالا قرار داده می‌شود، سپس با تابش لیزر پالسی KrF از جا کنده شده و بخار می‌شود. هدف مذکور شامل یک قطعه مدور لوتتیای بسیار خالص (خلوص ۹۹۹/۹۹ درصد) و یک ویفر تخت مربعی نانوبلوری کوچک است. ویفر نانوبلوری مورد نظر با استفاده از چسبی که از لحاظ شیمیایی خنثی است، به سطح لوتتیا چسبانده می‌شود تا ترکیبی کاملاً فیزیکی و بدون برهم‌کنش شیمیایی شکل گیرد. در حین فرایند PLD، این ترکیب حول محور میانی خود به‌آرامی می‌چرخد و پرتو لیزر متناوباً بر دو جزء ترکیب مذکور می‌تابد و آنها را بخار می‌کند. این گاز روی بستر سیلیسیومی (۱۰۰) نوع p که اکسید آن حذف شده‌است، می‌نشیند. پس از فرآیند رسوب‌دهی، لایه نازک بیان شده تحت فرایند آنیلینگ قرار می‌گیرد. با بررسی ساختار لایه مزبور، زیر میکروسکوپ الکترونی HRTEM ، به وضوح دیده شده که نانوبلور‌ها با موفقیت تولید شده و متناسب با نوعشان، دارای قطری حدود هفت نانومتر و چگالی سطحی حدود ۲-cm ا ۱۰۱۱× ۸ هستند. همچنین مشاهده شده که یک ساختار خازنی حافظه نانوبلوری سه‌لایه که شامل لایه‌ای تونلی لوتتیای آمورف، نانوبلور‌ها و لایه‌های کنترلی لوتتیای آمورف است، تشکیل شده‌است. تمام ابزارهایی که شامل نانوبلورهای مورد نظر است، به‌دلیل قابلیت ذخیره بار درون نانوبلور‌ها و فضاهای بین نانوبلوری، اثرات حافظه‌ای بالایی از خود نشان می‌دهند. |
